Энергия кантип пайда болот, ал кантип бир түрдөн экинчи түргө айланат жана жабык системада энергия эмне болот? Бул суроолордун бардыгына термодинамика мыйзамдары менен жооп берүүгө болот. Термодинамиканын экинчи мыйзамы бүгүн кененирээк талкууланат.
Күнүмдүк жашоодогу мыйзамдар
Мыйзамдар күнүмдүк жашоону жөнгө салат. Жол мыйзамдарында аялдама белгилерине токтош керек деп айтылат. Өкмөт алардын айлыгынын бир бөлүгүн штатка жана федералдык өкмөткө берүүнү талап кылууда. Ал тургай, илимий нерселер күнүмдүк жашоодо колдонулат. Мисалы, тартылуу мыйзамы учууга аракет кылгандар үчүн бир топ начар жыйынтыкты болжолдойт. Күнүмдүк жашоого таасир этүүчү илимий мыйзамдардын дагы бир жыйындысы бул термодинамика мыйзамдары. Андыктан бул жерде алардын күнүмдүк жашоого кандай таасир тийгизгенин көрүү үчүн кээ бир мисалдар келтирилген.
Термодинамиканын Биринчи Мыйзамы
Термодинамиканын биринчи мыйзамы энергияны жаратууга же жок кылууга болбойт, бирок ал бир түрдөн экинчи түргө өтүшү мүмкүн деп айтылат. Бул кээде энергиянын сакталуу мыйзамы деп да аталат. Анда кандай экенкүнүмдүк жашоого тиешелүү? Мисалы, азыр колдонуп жаткан компьютериңизди алалы. Ал энергия менен азыктанат, бирок бул энергия кайдан келет? Термодинамиканын биринчи мыйзамы бул энергия абадан келбей турганын, ошондуктан ал бир жерден келгенин айтат.
Сиз бул энергияны байкай аласыз. Компьютер электр энергиясы менен иштейт, бирок электр энергиясы кайдан келет? Туура, ГЭСтен же ГЭСтен. Экинчисин карай турган болсок, анда ал дарыяны кармап турган дамба менен байланыштуу болот. Дарыянын кинетикалык энергия менен байланышы бар, бул дарыянын агып жатканын билдирет. Дамба бул кинетикалык энергияны потенциалдык энергияга айландырат.
ГЭС кандай иштейт? Турбинаны айлантуу үчүн суу колдонулат. Турбина айланганда, электр энергиясын пайда кыла турган генератор кыймылга келтирилет. Бул электр тогун толугу менен электр станциясынан үйүңүздүн зымдарына өткөрсө болот, андыктан кубат шнурын электр розеткасына сайганыңызда, электр кубаты компьютериңизге кирип, иштей алат.
Бул жерде эмне болду? Буга чейин дарыядагы суу менен кинетикалык энергия катары байланышкан белгилүү бир энергия болгон. Андан кийин ал потенциалдык энергияга айланган. Андан кийин дамба ошол потенциалдуу энергияны алып, электр энергиясына айландырды, андан кийин ал үйүңүзгө кирип, компьютериңизди кубаттайт.
Термодинамиканын Экинчи Мыйзамы
Бул мыйзамды изилдөө менен энергиянын кантип иштээрин жана эмне үчүн баары көздөй жылып жатканын түшүнүүгө болотмүмкүн башаламандык жана баш аламандык. Термодинамиканын экинчи мыйзамы энтропия мыйзамы деп да аталат. Аалам кантип пайда болгон деп ойлонуп көрдүңүз беле? Биг Бенг теориясына ылайык, бардык нерсе жарала электе эбегейсиз чоң энергия чогулган. Аалам Биг Бенгден кийин пайда болгон. Мунун баары жакшы, бирок ал кандай энергия болду? Убакыттын башында ааламдагы бардык энергия салыштырмалуу кичинекей бир жерде камтылган. Бул интенсивдүү концентрация потенциалдык энергия деп аталган чоң көлөмдү билдирген. Убакыттын өтүшү менен ал биздин ааламдын кең мейкиндигине тарады.
Бир кыйла азыраак масштабда плотинанын кармаган суу сактагычында потенциалдуу энергия бар, анткени анын жайгашкан жери аны дамба аркылуу агып өтүүгө мүмкүндүк берет. Ар бир учурда, топтолгон энергия бошотулгандан кийин, эч кандай күч-аракет жумшалбастан жайылып кетет. Башка сөз менен айтканда, потенциалдык энергиянын бөлүнүп чыгышы кошумча ресурстарды талап кылбастан пайда болгон стихиялуу процесс. Энергия бөлүштүрүлгөндө анын бир бөлүгү пайдалуу энергияга айланып, кандайдыр бир иштерди аткарат. Калгандары жараксыз болуп, жөн эле жылуулук деп аталат.
Аалам кеңейген сайын, анда колдонууга жарамдуу энергия азыраак жана азыраак болот. Пайдасы азыраак болсо, азыраак иш жасалышы мүмкүн. Суу дамба аркылуу агып өткөндүктөн анын курамында пайдалуу энергия да азыраак болот. Убакыттын өтүшү менен колдонулуучу энергиянын төмөндөшү энтропия деп аталат, мында энтропиясистемада колдонулбаган энергиянын көлөмү, ал эми система бүтүн түзгөн объекттердин жыйындысы гана.
Энтропияны уюмсуз уюмдагы кокустуктун же башаламандыктын көлөмү деп да атоого болот. Убакыттын өтүшү менен колдонулуучу энергия азайган сайын, тартипсиздик жана башаламандык күчөйт. Ошентип, топтолгон потенциалдык энергия бөлүнүп чыкканда, мунун баары пайдалуу энергияга айланбайт. Бардык системалар убакыттын өтүшү менен энтропиянын мындай өсүшүнө дуушар болушат. Муну түшүнүү абдан маанилүү жана бул кубулуш термодинамиканын экинчи мыйзамы деп аталат.
Энтропия: кокустук же кемчилик
Сиз ойлогондой, экинчи мыйзам биринчиден кийин, адатта энергиянын сакталуу мыйзамы деп аталат жана энергияны жаратууга жана жок кылууга болбойт деп айтылат. Башкача айтканда, ааламдагы же кандайдыр бир системадагы энергиянын көлөмү туруктуу. Термодинамиканын экинчи мыйзамы, адатта, энтропиянын мыйзамы деп аталат жана ал убакыттын өтүшү менен энергия азыраак пайдалуу болуп, убакыттын өтүшү менен сапаты төмөндөйт деп эсептейт. Энтропия - бул системанын кокустуктун же кемчиликтердин даражасы. Эгерде система өтө тартипсиз болсо, анда анын энтропиясы чоң. Эгерде системада көптөгөн каталар болсо, анда энтропия төмөн.
Жөнөкөй сөз менен айтканда, термодинамиканын экинчи мыйзамы системанын энтропиясы убакыттын өтүшү менен төмөндөй албайт деп айтылат. Бул жаратылышта нерселердин иреттүү абалдан баш аламандык абалына өтүшүн билдирет. Жана бул кайтарылгыс. Система эч качанөзүнөн өзү тартиптүү болуп калат. Башкача айтканда, табиятта системанын энтропиясы ар дайым жогорулайт. Бул жөнүндө ойлонуунун бир жолу - бул сиздин үйүңүз. Эгер сиз аны эч качан тазалап, чаң сорбосоңуз, анда жакында сизде коркунучтуу башаламандык пайда болот. Энтропия көбөйдү! Аны азайтуу үчүн чаң соргучту жана үстүн чаңдан тазалоо үчүн швабраны колдонуу үчүн энергияны колдонуу керек. Үй өзү тазаланбайт.
Термодинамиканын экинчи закону кандай? Жөнөкөй сөз менен формула энергия бир түрдөн экинчи түргө өткөндө материя же эркин кыймылдайт, же жабык системадагы энтропия (тартипсиздик) көбөйөт деп айтылат. Температурадагы, басымдагы жана тыгыздыктагы айырмачылыктар убакыттын өтүшү менен горизонталдуу түрдө түзүлөт. Тартылуу күчүнүн таасиринен тыгыздык жана басым вертикалдуу теңдешпейт. Төмөндөгү тыгыздык жана басым жогорудагыдан көбүрөөк болот. Энтропия - бул материянын жана энергиянын кайсы жерде болбосун таралышынын өлчөмү. Термодинамиканын экинчи мыйзамынын кеңири таралган формулировкасы негизинен Рудольф Клаузиус менен байланышкан, ал мындай деген:
Температурасы төмөн денеден температурасы жогору денеге жылуулукту өткөрүүдөн башка эффект бербеген түзүлүштү куруу мүмкүн эмес.
Башкача айтканда, бардык нерсе убакыттын өтүшү менен бирдей температураны сактоого аракет кылат. Термодинамиканын экинчи мыйзамынын көптөгөн формулалары бар, аларда ар кандай терминдер колдонулат, бирок алардын баары бир эле нерсени билдирет. Клаузиустун дагы бир билдирүүсү:
Жылуулук өзү эмессууктан ысык денеге өтүү.
Экинчи мыйзам чоң системаларга гана тиешелүү. Бул энергия же зат жок системанын ыктымалдуу жүрүм-турумуна тиешелүү. Система канчалык чоң болсо, экинчи мыйзам ошончолук көп болот.
Мыйзамдын дагы бир редакциясы:
Жалпы энтропия ар дайым стихиялуу процессте жогорулайт.
Процесстин жүрүшүндө энтропиянын ΔS көбөйүшү системага берилген Q жылуулук көлөмүнүн жылуулук берилүүчү T температурасына болгон катышынан ашуусу же ага барабар болушу керек. Термодинамиканын экинчи мыйзамынын формуласы:
Термодинамикалык система
Жалпы мааниде термодинамиканын экинчи мыйзамынын жөнөкөй сөз менен формулировкасы бири-бири менен байланышта болгон системалардын ортосундагы температуралык айырмачылыктар теңелүүгө ыктаарын жана жумушту бул тең салмактуу эмес айырмачылыктардан алууга болорун айтат. Бирок бул учурда жылуулук энергиясы жоголуп, энтропия жогорулайт. изоляцияланган системадагы басымдын, тыгыздыктын жана температурадагы айырмачылыктар мүмкүнчүлүк болсо теңдешүүгө умтулат; тыгыздык жана басым, бирок температура эмес, тартылуу күчүнө көз каранды. Жылуулук кыймылдаткычы – эки дененин ортосундагы температуранын айырмасынан улам пайдалуу ишти камсыз кылган механикалык түзүлүш.
Термодинамикалык система – айланасындагы аймак менен өз ара аракеттенип, энергия алмашуучу система. Алмашуу жана которуу, жок эле дегенде, эки жол менен болушу керек. Бир жолу жылуулук берүү болушу керек. Эгертермодинамикалык система "тең салмактуулукта", ал айлана-чөйрө менен өз ара аракеттенбестен өзүнүн абалын же абалын өзгөртө албайт. Жөнөкөй сөз менен айтканда, эгер сиз тең салмакта болсоңуз, анда сиз "бактылуу системасыз", эч нерсе кыла албайсыз. Эгер бир нерсе кылгыңыз келсе, тышкы дүйнө менен өз ара аракеттенишиңиз керек.
Термодинамиканын экинчи мыйзамы: процесстердин кайтарылбастыгы
Жылуулукту толугу менен ишке айландыруучу циклдик (кайталануучу) процесс болушу мүмкүн эмес. Ишти колдонбостон жылуулукту муздак нерселерден жылуу нерселерге өткөрүүчү процесс болушу да мүмкүн эмес. Реакцияда энергиянын бир бөлүгү дайыма жылуулукка жоголот. Ошондой эле, система өзүнүн бардык энергиясын жумуш энергиясына айландыра албайт. Мыйзамдын экинчи бөлүгү айкыныраак.
Муздак дене жылуу денени жылыта албайт. Жылуулук табигый түрдө жылуураак жерлерден муздак жерге агып кетет. Эгерде жылуулук муздактан жылууга өтсө, ал "табигый" нерсеге карама-каршы келет, андыктан система аны ишке ашыруу үчүн кандайдыр бир иштерди аткарышы керек. Жаратылыштагы процесстердин кайтарылбастыгы термодинамиканын экинчи мыйзамы. Бул, балким, эң белгилүү (жок дегенде окумуштуулар арасында) жана бардык илимдин маанилүү мыйзамы. Анын формулаларынын бири:
Ааламдын энтропиясы максимумга умтулат.
Башкача айтканда, энтропия же өзгөрүүсүз калат же чоңоёт, Ааламдын энтропиясы эч качан азайбайт. Маселе бул ар дайымтуура. Эгерде сиз бир бөтөлкө атырды алып, аны бөлмөгө чачсаңыз, анда жакында жыпар жыттуу атомдор бүт мейкиндикти толтуруп калат жана бул процесс кайра кайтарылбайт.
Термодинамикадагы байланыштар
Термодинамиканын мыйзамдары жылуулук энергиясынын же жылуулуктун жана энергиянын башка түрлөрүнүн ортосундагы байланышты жана энергиянын затка кандай таасир этээрин сүрөттөйт. Термодинамиканын биринчи мыйзамы энергияны жаратууга жана жок кылууга болбойт деп айтылат; Ааламдагы энергиянын жалпы көлөмү өзгөрүүсүз бойдон калууда. Термодинамиканын экинчи мыйзамы энергиянын сапаты жөнүндө. Анда энергия которулганда же айландырылган сайын көбүрөөк колдонууга жарамдуу энергия жоголот деп айтылат. Экинчи мыйзам ошондой эле ар кандай обочолонгон системанын тартипсиздигине табигый тенденция бар деп айтылат.
Белгилүү бир жерде тартип көбөйсө да, бүт системаны, анын ичинде айлана-чөйрөнү эске алганда, дайыма энтропиянын өсүшү байкалат. Башка мисалда, суу бууланганда туз эритмесинен кристаллдар пайда болушу мүмкүн. Кристаллдар эритмедеги туздун молекулаларына караганда иреттүү; бирок бууланган суу суюк сууга караганда алда канча иретсиз. Процесс жалпысынан баш аламандыктын таза өсүшүнө алып келет.
Иш жана энергия
Экинчи мыйзам жылуулук энергиясын механикалык энергияга 100 пайыз эффективдүү айландыруу мүмкүн эместигин түшүндүрөт. менен мисал келтирсе болотмашина менен. Поршенди айдоо үчүн анын басымын жогорулатуу үчүн газды ысытуу процессинен кийин газда ар дайым кандайдыр бир кошумча иштерди аткарууга мүмкүн болбогон бир аз жылуулук калат. Бул калдык жылуулук радиаторго өткөрүп берүү менен жок кылынышы керек. Автоунаанын кыймылдаткычында бул иштетилген күйүүчү май менен абанын аралашмасын атмосферага чыгаруу аркылуу ишке ашырылат.
Мындан тышкары, кыймылдуу бөлүктөрү бар ар кандай түзүлүш механикалык энергияны жылуулукка айландырган сүрүлүүнү жаратат, ал адатта жараксыз болуп калат жана аны радиаторго өткөрүү менен системадан алынып салынышы керек. Ысык дене менен муздак дене бири-бири менен байланышта болгондо, жылуулук энергиясы ысык денеден муздак денеге жылуулук тең салмактуулукка жеткенге чейин агып турат. Бирок, жылуулук эч качан башка жол менен кайтып келбейт; эки дененин ортосундагы температура айырмасы эч качан өзүнөн-өзү көбөйбөйт. Жууну муздак денеден ысык денеге өткөрүү үчүн жылуулук насосу сыяктуу тышкы энергия булагы аткарылышы керек.
Ааламдын тагдыры
Экинчи мыйзам да ааламдын акырын болжолдойт. Бул баш аламандыктын эң жогорку деңгээли, эгер бүт жерде туруктуу жылуулук тең салмактуулук болсо, эч кандай иш бүтпөйт жана бүт энергия атомдордун жана молекулалардын туш келди кыймылы менен аяктайт. Заманбап маалыматтарга ылайык, Метагалактика кеңейип жаткан стационардык эмес система жана Ааламдын ысык өлүмү жөнүндө сөз болушу мүмкүн эмес. ысык өлүмбардык процесстер токтогон жылуулук тең салмактуулук абалы.
Бул позиция туура эмес, анткени термодинамиканын экинчи мыйзамы жабык системаларга гана тиешелүү. Ал эми аалам, сиз билгендей, чексиз. Бирок «Ааламдын ысык өлүмү» деген терминдин өзү кээде Ааламдын келечектеги өнүгүүсүнүн сценарийине карата колдонулат, ага ылайык ал чачыранды муздак чаңга айланганга чейин космостун караңгылыгына чейин чексиздикке чейин кеңейе берет..
